基础化学徐春祥主编 氧化还原反应和电极电势PPT学习教案

1、会计学1基础化学徐春祥主编基础化学徐春祥主编 氧化还原反应和电氧化还原反应和电极电势极电势四、氧化还原反应方程式的配平三、氧化还原电对二、氧化剂和还原剂一、氧化值第1页/共77页第2页/共77页例题第3页/共77页2 ( 1)23 ( 2)0 x 2x 在 Na2S2O3 中，S 元素的氧化值为 +2。例7-1 计算 Na2S2O3 中 S 元素的氧化值。解：在Na2S2O3中，O元素的氧化值为-2，Na元素的氧化值为 +1。设 S 元素的氧化值为 x，则有：第4页/共77页第5页/共77页第6页/共77页第7页/共77页2422MnOHClMnClH O (2) 将氧化还原反应分为两个半反应

2、，一个 发生氧化反应，另一个发生还原反应：2ClCl 242MnOHMnH O 第8页/共77页 (3) 分别配平两个半反应： 22ClCl2e242MnO8H5eMn4H O (4) 确定两个半反应得、失电子数的最小公倍数，将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电子数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧化还原反应的离子方程式。 +2+4222MnO +10Cl +16H = 2Mn +5Cl +8H O210Cl5Cl10e+2+42)2MnO +16H +10e = 2Mn+8H O第9页/共77页 最后，在配平的离子方程式中添加不参与反应的阳离子和阴离子，写出相应的化学式，就可以得到

3、配平的氧化还原反应方程式。例题第10页/共77页例7-2 用离子-电子法配平下列氧化还原反应：解：先写成离子反应式：将离子反应式分成两个半反应：227242424322K Cr O +KI+H SOK SO +Cr (SO ) +I +H O2+3+2722Cr O +I +HCr+I +H O 2II2+3+272Cr O +HCr+H O 分别配平两个半反应：第11页/共77页根据得、失电子数相等的原则，将两个半反应合并，写出配平的离子方程式：22I =I +2e232722Cr O14H6e2Cr3I7H O232722Cr O6I14H2Cr3I7H O22724K Cr O6KI7H

4、 SO =2432422Cr (SO ) +4K SO +3I +7H O最后写出配平的氧化还原反应方程式：第12页/共77页一一、原电池的组成 二、原电池符号 第13页/共77页第14页/共77页第15页/共77页第16页/共77页=，第17页/共77页例题。第18页/共77页 原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。因此组成原电池时，电对 为正极，电对 为负极。故原电池符号为： 例7-3 将氧化还原反应：+42MnO (aq)+10Cl (aq)+16H (aq) =22ClCl +2e+2+42MnO8H +5eMn +4H O2+222Mn(aq)+5Cl (g)+8H O(l)设

5、计成原电池，写出该原电池的符号。解：先将氧化还原反应分为两个半反应： 氧化反应： 还原反应： 2+4MnOMn2ClCl+2+212344( )Pt|Cl ( )|Cl ( ) H (),Mn ( ),MnO ()|Pt(+)pcccc=第19页/共77页第20页/共77页M(s)M (aq)ezz溶解沉淀第21页/共77页zM /M+第22页/共77页EEE第23页/共77页。第24页/共77页+22H (aq)2eH (g)第25页/共77页2(H /H )0.0000VE第26页/共77页=（-）标准氢电极 待测标准电极 （+） 测量某给定电极的标准电极电势时，可将待测标准电极与标准氢电

6、极组成下列原电池：(二) 标准电极电势的测量测量出这个原电池的电动势，就是待测电极的标准电极电势。 第27页/共77页测定铜电极的标准电极电势第28页/共77页r,z()T pGWnEF rm,()T pnFEGzEF 上式除以反应进度得： 如果电池反应是在标准状态下进行，又可改写为： rm,()T pGzEF 例题第29页/共77页例7-4 宇宙飞船上使用的氢-氧燃料电池，其电池反应为：计算 298.15 K 时反应的标准摩尔吉布斯函数变和电池的标准电动势。2222H (g)+O (g)=2H O(l)rmfm2fm2fm22(H O,1)2(H ,g)(O ,g)GGGG 112( 237

7、.13kJ mol )474.26kJ mol 解：298.15 K 时，反应的标准摩尔吉布斯函数变为： 第30页/共77页rm(298.15K)GEzF311( 474.26 10 J mol )1.229V4 96485C mol 第31页/共77页OR|OxeRedvzv+2OORRH () |Ox()H (H )1Red()2zpvazava 电池反应为：=（-）标准氢电极 待测电极 （+）把该电极与标准氢电极组成原电池： 第32页/共77页ROR|O()ln()vvRTaEEzFaEEOR|OR()(Ox/Red)(Ox/Red)ln()vvRTaEEzFa例题整理得：电池反应的摩尔

8、吉布斯函数变为：RORrmrm|O()( )( )ln()vvaGTGTRTa 第33页/共77页例7-5 写出下列电极反应的 Nernst 方程式：2+(1) Cu(aq)+2eCu(s)+2+42+22(2) MnO (aq)+8H (aq)+5eMn(aq)+4H O(l)(3) O (g)+4H (aq)+4e2H O(l)2+2+2+2+2+44842+222242(1)(Cu/Cu)(Cu/Cu)ln (Cu )/2(2)(MnO /Mn )(MnO /Mn ) (MnO )/ (H )/ln5(Mn )/(3)(O /H O)(O /H O)ln (O )/ (H )/4RTEE

9、ccFEEccccRTFccEERTppccF解：上述电极反应的 Nernst 方程式分别为：第34页/共77页 根据 Nernst方程，在一定温度下，对于给定的电极，氧化型物质或还原型物质的活度的变化将引起电极电势的变化。增大氧化型物质的活度或降低还原型物质的活度，都会使电极电势增大；相反，降低氧化型物质的活度或增大还原型物质的活度，将使电极电势减小。OR|OR0.05916V()(Ox/Red)(Ox/Red)lg()vvaEEza例题第35页/共77页例7-6 已知 298.15 K 时， 。计算金属银插在 AgNO3 溶液中组成 电极的电极电势。 +(Ag /Ag)0.7991VE10

10、.010 mol L+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V+0.05916Vlg0.010=0.6808V11.0 mol L10.010 mol L+Ag /Ag+Ag /Ag解：298.15K时， 电极的电极电势为：计算结果表明：当 Ag 浓度由 降低到 时，电极电势相应地由 0.7991V减小到 0.6806 V。 第36页/共77页例7-7 已知298.15 K 时， 。计算将铂丝插在 ， 溶液中组成 电极的电极电势。解：298.15 K 时， 电极的电极电势为： 计算结果表明: 当Fe2+浓度由 降低到 时,电极电势相应地由0.

11、769 V增大 0.828V。 3+2+(Fe /Fe )0.769VE3+1(Fe )1.0 mol Lc2+(Fe )c3+2+Fe /Fe3+2+Fe /Fe3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe )0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916Vlg0.100.828V10.10 mol L11.0mol L10.10mol L第37页/共77页例7-8 已知298.15K时， 。把铂丝插入 , 溶液中，计算 电极的电极电势。2+4(MnOMn)1.512VE14(MnO )1.0mol Lc2+1(Mn )1.0mol L

12、c+31(H )1.0 10mol Lc 2+4MnOMn2+2+44+842+0.05916V(MnOMn )(MnOMn )5 (MnO )/ (H )/lg(Mn )/EEcccccc3 80.05916V1.512Vlg(1.0 10 )51.228V解：298.15 K 时，电极的电极电势为： 第38页/共77页 计算结果表明：当浓度从 降低到 时， 电极的电极电势由 1.512 V 减小到 1.228 V。11.0 mol L311.0 10 mol L2+4MnO Mn第39页/共77页第四节电极电势的应用 第40页/共77页 一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱 电极电势反映出电极

13、中氧化型物质得到电子的能力和还原型物质失去电子的能力。电极的电极电势越大，就意味着电极反应： OxeRedz越容易进行，氧化型物质越易得到电子，是越强的氧化剂；而对应的还原型物质越难失去电子，是越弱的还原剂。电极的电极电势越小，电极中的还原型物质越易失去电子，是越强的还原剂；而对应的氧化型物质越难得到电子，是越弱的氧化剂。 第41页/共77页例题第42页/共77页解：查得：3+2+2+4+2+22Fe /Fe , Cu /Cu, I /I , Sn /Sn , Cl /Cl3+2+(Fe /Fe )0.769VE2+(Cu /Cu)0.3394VE2(I /I )0.5345VE4+2+(Sn

14、 /Sn)0.1539VE-2(Cl /Cl )1.360VE第43页/共77页2(Cl /Cl )E4+2+(Sn /Sn)E2Cl /Cl2Cl4+2+Sn /Sn2+Sn3+2+4+22Cl Fe I CuSn2+2+SnCuI Fe Cl第44页/共77页例题第45页/共77页+3+2+1(1) (Ag )= (Fe )= (Fe )=1.0mol L ;ccc+2+1(2) (Ag )= (Fe )=0.010mol L ,cc+(Ag /Ag)0.7991VE3+2+(Fe /Fe )0.769VE 3+(Fe )cc，。第46页/共77页 +3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe

15、 )EE+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EEEEE0.7791V0.769V0.030V第47页/共77页23+( )Pt |Fe (),Fe ()Ag ()|Ag( )ccc+Ag +eAg2+3+FeFe +e +2+3+Ag +FeAg+Fe=电极反应和电池反应分别为：正极反应：负极反应：电池反应：第48页/共77页+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V0.05916Vlg0.0100.6808V3+3+2+3+2+2+

16、(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe ) 0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916Vlg0.0100.887V 由于 ，故电对 为正极， 为负极。+3+2+(Ag /Ag)(Fe/Fe)EE3+2+Fe /Fe+Ag /Ag第49页/共77页3+2+(Fe/Fe)(Ag /Ag)EEEEE0.887V0.6808V0.206V+-132+-1( )Ag|Ag (0.010mol L ) Fe (),Fe (0.010mol L )|Pt( )c= 原电池符号为：电极反应和电池反应分别为：正极反应：3+2+Fe+eFe 负极反应： +A gA g +

17、e 电池反应：3+2+Fe+Ag = Fe+Ag第50页/共77页三、判断氧化还原反应的方向任何一个氧化还原反应，原则上都可以设计成原电池。利用所设计的原电池的电动势，可以判断氧化还原反应进行的方向：时， ，反应正向进行；时， ，反应处于平衡状态； 时， ，反应逆向进行。 rm0G0E rm0G0E rm0G0E 第51页/共77页从原电池的电动势与电极电势的关系来看，只有 时，氧化还原反应才能自动向正反应方向进行。 实际上，利用氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化还原反应方向更为方便。在氧化还原反应中，总是较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用，生成较弱的还原剂和较弱的氧化剂。例题EE第52页/共7

18、7页2+2+Sn(s)+Pb (aq)Sn(aq)+Pb(s)mol L ;cc2+2+-1(1) (Sn )= (Pb )=1.0mol L ,mol Lcc2+-12+-1(2) (Sn )=1.0(Pb )=0.0102+(Sn /Sn)0.1410VE 2+(Pb /Pb)0.1266VE ，。第53页/共77页2+2+(Pb /Pb)(Sn /Sn)EE2+Pb /Pb2+Sn/Sn (2) 和 的电极电势分别为：2+Sn /Sn2+Pb /Pb2+2+(Sn /Sn)(Sn /Sn)0.1410VEE 22+2+0.05916V(Pb )(Pb /Pb)(Pb /Pb)lg2cEE

19、c0.05916V0.1266Vlg0.01020.1858V 。第54页/共77页2+2+(Sn /Sn)(Pb /Pb)EE2+Pb /Pb2+Sn /Sn第55页/共77页四、确定氧化还原反应进行的程度氧化还原反应进行的程度可以用反应的标准平衡常数来衡量。氧化还原反应的标准平衡常数与原电池的标准电动势的关系为：lnzFEKRT当 T =298.15 K 时，上式可改写为：lg0.05916VzEK原电池的标准电动势越大，对应的氧化还原反应的标准平衡常数也就越大，反应进行得就越完全。例题第56页/共77页2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Z

20、n /Zn)EEE0.3394V( 0.7621V)1.1015V 298.15 K 时反应的标准平衡常数为： 2 1.1015Vlg37.240.05916V0.05916VzEK2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKcc第57页/共77页K 很大，说明反应正向进行得很完全。若平衡时 Zn2+ 浓度为 ，则 Cu2+ 浓度仅为 。 mol L-11.03815.9 10mol L第58页/共77页+Ag (aq)+eAg(s)+(Ag /Ag)=0.7991VEAgCl(s)+eAg(s)+Cl (aq)(AgCl/Ag)=0.2222VEAgCl/Ag+Ag /Ag解：在

21、298.15 K、标准状态下将上述两个电极设计成一个原电池，电极 为负极，电极 为正极。原电池符号为：试求 298.15 K 时 AgCl 的标准溶度积常数。+( )Ag,AgCl(s)|Cl () Ag ()|Ag(+)cc=正极反应：负极反应：电池反应：Ag (aq)eAg(s) Ag(s)+Cl (aq)AgCl(s)+e +Ag (aq)+Cl (aq) = AgCl(s)第59页/共77页(Ag /Ag)(AgCl/Ag)lg0.05916Vz EEK1 (0.7991V0.2222V)9.760.05916V95.6 10K+eqeqsp(Ag )(Cl )1(AgCl)ccKcc

22、K 10911.8 105.6 10第60页/共77页五、元素电势图 把各电对的标准电极电势以图的形式表示出来，这种图称为元素电势图。 （一）元素电势图 按元素的氧化值由高到低的顺序把各个不同氧化值物质从左到右依次排列，将不同氧化值的物质之间用直线连接，在直线上标明两种不同氧化值物质所组成的电对的标准电极电势。例如： 22220.69451.763OH OH O1.229第61页/共77页图中所对应的电极反应是在酸性溶液中发生的：222O (g)2H (aq)2eH O (aq) 222(OH O )0.6945VE+222H O (aq)+2H (aq)+2e2H O(l)222(H O /

23、H O)1.763VE+22O (g)+4H (aq)+4e2H O(l) 22(O /H O)1.229VE第62页/共77页ABCDrm,(A/D)GE1E2E3Erm,1Grm,2Grm,3G（二）元素电势图的应用第63页/共77页rmrm,1rm,2rm,3GGGG 112233(A/D)zFEz FEz FEz FE 112233(A / D)z Ez Ez EEz例题第64页/共77页B(/V):E20.55450.6175442MnOMnOMnOB42(MnO /MnO )EB42(MnOMnO )E试计算。解：电对 在碱性溶液中的标准电42MnOMnOB42221B442B4212(MnOMnO )(MnOMnO )(MnOMnO )+Ez Ez Ezz1 0.5545V20.6175V0.5965V12极电势为：第65页/共77页EE右左B = A + C若 ，B不能发生歧化反应，而 A 与 C